10kV典型客戶變電站智能仿真實訓系統(tǒng)的實現(xiàn)

／國網(wǎng)江蘇省電力公司營銷技能培訓中心 史利強 徐瑤 蘇州萬龍電氣集團股份有限公司 陳昌紅 王超 ／

10kV典型客戶變電站智能仿真實訓系統(tǒng)的實現(xiàn)

／國網(wǎng)江蘇省電力公司營銷技能培訓中心 史利強 徐瑤 蘇州萬龍電氣集團股份有限公司 陳昌紅 王超 ／

介紹了10kV典型客戶變電站智能仿真實訓系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方案和培訓內容。

數(shù)字物理混合仿真；10kV典型室內客戶變電站仿真實訓系統(tǒng)

0 引言

隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，以及計算機技術和網(wǎng)絡技術的應用，變電站綜合自動化系統(tǒng)朝多功能、數(shù)字化和規(guī)范化方向發(fā)展，由于其功能強大，結構復雜，難以學習和快速掌握。研發(fā)一種基于實時仿真技術的數(shù)字物理混合仿真的變電站綜合自動化培訓系統(tǒng)顯得尤為重要，能夠模擬真正變電站的各種運行工況，實現(xiàn)對大中專院校電氣工程專業(yè)的學生和變電站運行人員的實驗培訓。下面結合具體的工程案例對10kV典型客戶變電站智能仿真實訓系統(tǒng)作詳細的介紹。

1 總體技術要求

構建10kV典型室內客戶變電站仿真實訓系統(tǒng)，集成全面開放的統(tǒng)一管理服務平臺，建設以10kV典型室內客戶變電站為主題的展示，實現(xiàn)10kV典型室內客戶變電站應用的管理等功能并用以展示。

對已有10kV變電站的高壓系統(tǒng)以及相應0.4kV低壓系統(tǒng)變配電柜中的二次電氣終端設備進行仿真性功能技術升級改造，改造后的仿真型智能二次設備要達到可以接收和處理仿真運行系統(tǒng)下發(fā)的各種指令，實現(xiàn)培訓系統(tǒng)所需的模擬和仿真操作功能。

2 仿真實訓系統(tǒng)的總體架構

仿真實訓系統(tǒng)采用三層設備兩層網(wǎng)結構，分為站控層、通信管理層和間隔層，如下圖所示。

2.1 站控層

站控層即仿真培訓后臺，包括一套仿真運行數(shù)據(jù)服務器和兩套操作工作站，數(shù)據(jù)服務器主要功能是通過以太網(wǎng)與通信管理層的通信服務器進行數(shù)據(jù)通信、進行數(shù)據(jù)整理存儲，并接收操作工作站的數(shù)據(jù)下發(fā)到通信服務器；操作工作站主要實現(xiàn)仿真運行的人機界面和功能應用，為學員提供學習、考核的接口界面。另外配置A4激光打印機一臺作為故障報警信息以及報表的紙質輸出設備，兩套音箱設備作為故障報警信息的聲音輸出以及用來仿真變壓器運行時的聲音。

圖 10kV典型室內客戶變電站智能仿真運行系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖

2.2 通信管理層

通信管理層設備主要是一套通信服務器，它的功能是實現(xiàn)站控層數(shù)據(jù)服務器與間隔層的仿真設備的通訊，實現(xiàn)各電氣回路運行數(shù)據(jù)上傳、仿真數(shù)據(jù)下發(fā)和控制命令下發(fā)。

2.3 間隔層

間隔層由變電站的各種仿真二次設備組成，包括高壓仿真型微機綜合保護裝置、高壓仿真型計量表、低壓仿真型智能框架斷路器的控制器、低壓仿真型智能塑殼斷路器、仿真型數(shù)字化儀表、仿真型電壓表、仿真型帶電顯示器。

3 具體改造方案

3.1 高壓仿真型微機綜合保護裝置更換升級

對于高壓系統(tǒng)中的進線斷路器柜、主變柜和分段柜中使用的高壓微機綜合保護裝置更換為高壓仿真型微機綜合保護裝置，使之能夠接收仿真運行軟件的指令，根據(jù)指令模擬展示各種電氣運行參數(shù)、保護特性和控制功能，并能實現(xiàn)故障模擬。進線回路改造的仿真型線路綜保具有速斷、過流、失壓保護功能，變壓器回路改造的仿真型變壓器綜保具有速斷、過流、失壓、溫度保護功能。

3.2 高壓仿真型計量表更換升級

對于高壓系統(tǒng)中的計量柜中使用的計量表更換為高壓仿真型計量表，使之能夠接收仿真運行軟件的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)模擬使用的用電量。

3.3 智能無功補償綜合控制裝置升級

升級已有自動電壓無功補償裝置，使之能夠接收仿真運行軟件的指令，根據(jù)指令仿真各種無功補償狀態(tài)，使學員能動態(tài)直觀地了解無功補償?shù)脑砗鸵饬x以及實施無功補償過程中對電氣運行狀態(tài)的影響。

3.4 低壓仿真型智能框架斷路器更換升級

對于低壓系統(tǒng)中的受電柜和分段柜中使用的框架斷路器升級為低壓仿真型智能框架斷路器，使之能夠接收仿真運行軟件的指令，根據(jù)指令模擬展示各種電氣運行參數(shù)、保護特性和控制功能，并能實現(xiàn)故障模擬。

3.5 低壓仿真型智能塑殼斷路器更換升級

對于低壓系統(tǒng)中的饋線柜中使用的塑殼斷路器更換為低壓仿真型智能塑殼斷路器，使之能夠接收仿真運行軟件的指令，根據(jù)指令模擬展示各種電氣運行參數(shù)、保護特性和控制功能，并能實現(xiàn)故障模擬。

3.6 儀表盤數(shù)值化更換升級

為了配合仿真運行系統(tǒng)，并直觀顯示模擬的電氣回路運行狀態(tài)和電流、電壓等電氣參數(shù)，將已有儀表盤全部更換為相應的仿真型數(shù)字化儀表、仿真型電壓表或仿真型帶電顯示器，具有可以接收仿真運行軟件的指令，將給定的電氣參數(shù)醒目地顯示出來，以便學員觀察和體會。

3.7 主變柜斷路器改造

改造主變柜中的斷路器，使其能夠實現(xiàn)主變柜的斷路器分合，斷路器基本保護的功能。且能夠與仿真型微機綜保配合應用，實現(xiàn)變壓器柜的數(shù)據(jù)仿真。

3.8 母設柜電壓表改造

為了配合仿真運行系統(tǒng)，并直觀顯示母設柜的電壓數(shù)據(jù)，指針式電壓表無法實現(xiàn)仿真電壓顯示，因此將指針式電壓表改造為數(shù)字化儀表。數(shù)字化電壓儀表可以接收仿真運行軟件的指令，將給定的電氣參數(shù)醒目地顯示出來，以便學員觀察和體會。

3.9 低壓饋線抽屜改造

更換抽屜面板和測控版，并增加仿真型線路保護裝置，使之能夠接收仿真運行軟件的指令，根據(jù)指令仿真各種電氣運行參數(shù)、保護特性和控制功能，實現(xiàn)故障模擬和參數(shù)顯示。

4 故障點設置

故障點設置如下表所示。

表 故障點設置

5 系統(tǒng)實現(xiàn)的培訓項目

1）高壓10kV系統(tǒng)模擬兩路進線同時給各自的母線段供電工況模式測試；

2）高壓10kV系統(tǒng)模擬某路進線突然斷電，由另一路進線獨立給兩段10kV母線段供電工況模式測試；

3）高壓10kV系統(tǒng)模擬進出線速斷、過流、失壓保護測試；

4）高壓10kV系統(tǒng)模擬變壓器出線速斷、過流、失壓保護以及溫度保護測試；

5）高壓10kV系統(tǒng)模擬分段開關與分段隔離具有帶電強制閉鎖功能測試；

6）高壓10kV系統(tǒng)模擬兩進線開關與分段開關的電氣、機械連鎖功能測試；

7）高壓10kV系統(tǒng)模擬進線開關與計量柜連鎖功能，防止帶負荷抽出計量柜試驗；

8）模擬變壓器正常運行試驗，并模擬變壓器運行聲音；

9）模擬變壓器故障（如高溫、超高溫）試驗；

10）低壓0.4kV系統(tǒng)模擬兩個變壓器同時給各自的進線母線段供電工況模式測試；

11）低壓0.4kV系統(tǒng)模擬某個變壓器突然壞了，由另一個變壓器獨立給兩段0.4kV母線段供電工況模式測試；

12）低壓0.4kV系統(tǒng)正常運行（負載在0.5、0.8、1.0倍情況下）測試；

13）低壓0.4kV系統(tǒng)進線進行三段保護試驗；

14）低壓0.4kV系統(tǒng)出線進行兩段保護試驗；

15）低壓0.4kV系統(tǒng)兩進線開關與分段開關的聯(lián)鎖試驗；

16）仿真軟件系統(tǒng)對高低壓系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)視試驗；

17）仿真軟件系統(tǒng)對高低壓系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)監(jiān)視試驗；

18）仿真軟件系統(tǒng)對高低壓系統(tǒng)遠程/就地分合閘操作試驗；19）仿真軟件系統(tǒng)對高壓系統(tǒng)開關柜的五防試驗；

20）仿真軟件系統(tǒng)對高低壓系統(tǒng)的設備的掛牌/摘牌試驗；

21）仿真軟件系統(tǒng)對高低壓系統(tǒng)的用電管理仿真試驗。

6 結束語

10kV典型室內客戶變電站仿真培訓系統(tǒng)的升級改造，最終達到基于工況模擬的10kV典型客戶變電站智能仿真實訓系統(tǒng)。該系統(tǒng)以微機保護、測控裝置、計算機及網(wǎng)絡設備等為硬件核心，以電力、供配電系統(tǒng)綜合自動化的組態(tài)軟件為軟件核心，集中高壓供電與低壓發(fā)配電的主要功能，應用自動控制技術、計算機數(shù)字信號處理技術和數(shù)字化信息通信技術將教學系統(tǒng)相互關聯(lián)的各部分連接為一個有機的教學整體。

[1]朱大新. 數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展[J]. 電氣應用, 2001（4）:20-22.

[2]張曉春.變電站綜合自動化[M]. 北京：高等教育出版社, 2006.